用于内部特征重构的方法技术

一种重构部件（２０）的内部表面几何形状（１０）的方法，包括：配准部件的厚度图（３０）与部件（２０）的外部表面数据（４０）。厚度图具有一系列厚度数据（３２）。使用厚度图（３０）和外部表面数据（４０）产生内部表面数据（１２），以便重构内部表面几何形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般来说涉及用于非破坏性检查的方法和系统，更加具体地说，本专利技术涉及用于重构一个目标的内部特征的非破坏性检查的方法和系统。
技术介绍
逆向工程在产品设计和制造中是一种重要的处理方法。与传统的产品设计不同，逆向工程主要致力于把物理模型转变为工程设计概念或数字模型。一个典型的逆向工程过程包括4个主要的步骤。第一步是测量内部和外部特征这两者，获得物理部件的数字表示。在获得这些数据后，需要进行数据的后处理，后处理包括登记来自不同测量系统或观察方向的数据、检测并消除不相干因素、滤除噪声、和平滑检查数据。根据处理过的数据提取几何特征。最后，根据提取的几何表示，产生实际的模型。因为测量数据的精度直接影响最终模型的质量，所以重要的是选择正确的测量方法和建立有效的测量策略。要获得一个物理部件的数字表示，可以有各种各样的方法，接触方法和非接触方法。接触方法的精度高，但繁琐耗时。非接触方法通常比接触方法快得多。非接触方法如光学方法广泛用于测量外部特征。测量一个机械部件的外部特征的方法有许多。坐标测量设备(CMM)、激光扫描仪、或者其它的光学测量方法都适用于获得这样的信息。但是由于内部结构的不可接近性，测量部件的内部结构是极其困难的。当前，主要使用两种广泛使用的方法来测量内部结构。一种是破坏性方法，包括先将部件一片一片地切开，然后测量每一片以确定内部特征；另一种方法是非破坏性方法，使用非破坏性技术(如工业上计算机控制的层析X射线摄影(CT)设备)来测量所说的部件。这两种方法都有缺点。破坏性方法先使部件变形而后才能进行测量，并且不能获取详细的内部结构。此外，这个部件不能重复使用，并且涉及繁重的劳动强度。虽然CT是一种非破坏性的测量方法，但它的测量误差很大(大多数系统中大于5密耳)，这种低的精度可导致最终模型的不精确。因此期望，使用非破坏性方法的高精度方法测量内部结构。
技术实现思路
简单地说，按照本专利技术的一个方面，重构部件20的内部表面几何形状10的方法包括配准部件的厚度图30与部件20的外部表面数据40。厚度图具有一系列厚度数据32。使用厚度图30和外部表面数据40产生内部表面数据12，以便重构内部表面几何形状。按照本专利技术的另一个实施例，重构部件20的内部表面几何形状10的检查方法包括获得部件20的外部表面数据40、使用成像仪50收集部件20的图像序列、从这个图像序列产生部件的厚度图30。厚度图30包括多个厚度数据32。将厚度图30与外部表面数据40配准，使用厚度图30和外部表面数据40产生一组内部表面数据12。按照本专利技术的下一个实施例，重构部件20的内部表面几何形状10的检查系统90包括具有已知几何条件和已知尺寸的人工参照物(artifact)60。固定装置58相对于部件定位这个人工参照物，成像仪50获得部件和人工参照物的厚度数据30。附图说明当参照附图阅读下面的详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面、和优点都将变得更好理解，在所有的附图中相同的符号代表相同的部件，其中图1是使用厚度图和外部表面数据重构内部表面几何形状的示意表示；图2示意图地表示用于重构一个部件的内部表面几何形状的设备；图3是一个典型的部件、基座、固定装置、和人工参照物的透视图；图4表示一个典型的人工参照物的多个视图；图5表示用于部件和人工参照物的典型厚度图；图6表示部件的典型外部表面数据和人工参照物的典型外部表面数据，人工参照物的厚度数据投影在它的外部表面数据上；和图7表示人工参照物的按最佳的方式拟合到它的外部表面数据上的厚度数据，部件的厚度图与它的外部表面数据配准。具体实施例方式图1中表示的是用于重构与一个部件20(如涡轮机的叶片)的内腔对应的内部表面几何形状10的方法实施例的示意图。对于来自代表部件上具体位置的部件20的厚度的厚度图30的信息和代表部件20的外部表面断面分布的外部表面数据40的信息进行组合，以产生部件的内部表面几何形状10。在一般情况下，厚度图是代表部件上特定位置的厚度的一组厚度数据32的元素。配准厚度图30与外部表面数据40，要求在二者之间准确地配准，从而才能得到一组内部表面数据元素12，在逻辑上对于内部表面数据12进行安排，使其可代表重构的内部表面几何形状10。如这里所用的，术语“外部表面数据“意指代表一个物理目标的表面断面分布的数据，因此是3维的(3D)。在典型情况下，外部表面数据可以是一种数字格式，所说的数字格式或者从接触方法或者从非接触断面分布产生方法中获得，并且形成物理目标的数字表示。外部表面数据可使用多种方法得到，其中包括例如光学测量、激光扫描、坐标测量设备(CMM)的测量，期望所有这些技术都可在这里使用。这些和其它的测量系统包括接触式探针、点扫描仪、线扫描仪、区域扫描仪。外部表面数据还可以从CAD或者有关物理目标的其它类似的信息中获得。出于这里讨论的需要，目标的“厚度“指的是中空的或者半中空的目标的范围内的前壁厚度或者表面厚度。如这里所用的，前壁指的是面对用来收集目标的热图像的成像仪的目标的壁，下面参照附图2讨论所说的前壁。如这里所用的，术语“厚度数据“指的是代表物理目标在特定位置的厚度的数据。在这里可能要说明的是，厚度数据在本质上是两维的(2D)。进而，一组厚度数据的逻辑组合用于形成代表物理目标的厚度的2维厚度图。在一般情况下，从非破坏性方法的内部成像技术，如其中的热成像技术，可以按照数字格式获得厚度数据，因此可获得厚度图。热成像采用的根据是固体的表面温度代表通过固体的热流量。热成像技术之一是红外(IR)成像，它观察目标的表面温度变化，以便收集有关它的内部结构的信息。使用高功率闪光灯(例如，由芝加哥I11的Speedotron公司制造的)、卤素灯、或弧光灯在短的时间周期内提供材料表面的能源。在所说的表面吸收来自这些灯的能量，热量以一定的速率通过所说的材料传递，所说的速率与所说材料的热性质相关联。出于这里的讨论的需要，所说的“灯”将被认为包括用于照射目标的能源，例如其中包括闪光灯、卤素灯、弧光灯。红外照相机俘获在采样表面上温度随时间的衰减，并且从这个信息可以确定目标的厚度、材料的性质、和某种缺陷的存在。虽然这些实例涉及的是用于产生厚度数据的红外热成像，但这里还可期望使用其它的技术，如超声、计算机控制的断层X射线摄影。如这里所用的，术语“配准”指的是，来自厚度图的对应数据元素与物理目标的外部表面数据的一一对应的映射关系。配准过程导致物理目标的内部几何形状的重构。现在参照附图2，描述内部特征重构系统90的实施例。具有一定内部几何形状10的部件20与一个人工参照物60一起定位，从而使人工参照物60和部件20具有一个固定的位置关系。使用一组灯48如8个高功率灯在短的时间周期照射部件20和人工参照物60的表面。把具有座标80的成像仪50定位成面对部件20和人工参照物60，以收集所说的部件和人工参照物的热图像。成像仪50在一般情况下是红外照相机，红外照相机随后捕获部件20和人工参照物60的热图像。对于图2的典型实施例，灯48和成像仪50与一个照相机和灯的控制模块34进行电连接，所说的控制模块34用于控制闪光灯点火和成像仪操作。对于这个典型的实施例，照相机和灯控制模块34向计算机36提供热图像序列，对于计算机进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重构部件（２０）的内部表面几何形状（１０）的方法，所说方法包括：使部件的厚度图（３０）与部件的一系列外部表面数据（４０）配准，厚度图包括一系列厚度数据（３２）；　使用厚度图（３０）和外部表面数据（４０）产生一系列内部表面数据（１２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：KG哈丁，ABF雷贝洛，DR霍瓦德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]